零傳動(dòng)滾齒機(jī)精度控制及顫振抑制技術(shù)研究.pdf

1、“零傳動(dòng)”又稱直接驅(qū)動(dòng)，即取消動(dòng)力源與最終執(zhí)行部件之間的所有機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。機(jī)床中常用的零傳動(dòng)功能部件有電主軸、直線電機(jī)和力矩電機(jī)等。零傳動(dòng)技術(shù)為提高機(jī)床性能提供了諸多好處：最大限度地減小了傳動(dòng)誤差、為高速加工提供了可能、提高了機(jī)床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)靈敏性等。目前，國(guó)外的先進(jìn)滾齒機(jī)已大量采用了該項(xiàng)技術(shù)并取得了很好的成效，但其設(shè)計(jì)原理和技術(shù)均嚴(yán)格保密。為打破這種技術(shù)壟斷局面，筆者所在課題組與國(guó)內(nèi)某機(jī)床廠合作研發(fā)了一臺(tái)基于零傳動(dòng)功能部件的數(shù)控滾齒

2、機(jī)原型，并對(duì)相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，其研究成果為提高我國(guó)齒輪加工機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造水平打下基礎(chǔ)。
　　將零傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于滾齒機(jī)，不是單一針對(duì)零傳動(dòng)功能部件設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的研究，也不是簡(jiǎn)單地將零傳動(dòng)功能部件置換進(jìn)機(jī)床的工程處理過(guò)程，而是需要解決一系列從整體到局部的設(shè)計(jì)關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題。在這些問(wèn)題中，既有滾齒機(jī)獨(dú)有的問(wèn)題，也有常規(guī)機(jī)床的共性問(wèn)題。本文主要圍繞零傳動(dòng)滾齒機(jī)精度控制理論和技術(shù)展開(kāi)，并對(duì)機(jī)床的抗顫振結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)

3、行了比較深入的探索。
　　(1)對(duì)影響普通數(shù)控滾齒機(jī)展成運(yùn)動(dòng)精度的主要因素及其作用規(guī)律進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其展成運(yùn)動(dòng)誤差仍然主要來(lái)自于機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，所以在原機(jī)床框架下進(jìn)一步提高機(jī)床展成運(yùn)動(dòng)精度的空間不大；在此基礎(chǔ)上，分析了零傳動(dòng)對(duì)提高展成運(yùn)動(dòng)精度的作用機(jī)理，研究結(jié)果表明：應(yīng)用零傳動(dòng)技術(shù)在解決這一問(wèn)題上具有先天的優(yōu)勢(shì)。因此，零傳動(dòng)滾齒機(jī)的精度控制重點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是機(jī)床兩主軸之間的位姿精度和主軸部件的抗擾動(dòng)能力。
　　(2)實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度的

4、合理控制，建立一個(gè)有效的機(jī)床誤差模型是必要的。根據(jù)滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，機(jī)床的誤差建模采用多體系統(tǒng)理論與齒輪嚙合原理相結(jié)合的方法。該模型量化地描述了滾齒機(jī)各個(gè)組成部分之間的位姿和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，尤其反映了各誤差源對(duì)位姿、運(yùn)動(dòng)的作用規(guī)律和各誤差源之間的關(guān)系，是機(jī)床精度控制工作的理論基礎(chǔ)。
　　(3)將加工誤差敏感方向與機(jī)床誤差源的傳遞規(guī)律相結(jié)合，提出了“機(jī)床敏感誤差”（機(jī)床中對(duì)最終加工精度影響程度高的源誤差）的概念，由此衍生出“敏感設(shè)計(jì)

5、參數(shù)”和“誤差敏感度”概念；以“抓主要矛盾”的思想，確定了針對(duì)機(jī)床敏感誤差的機(jī)床精度控制策略。為實(shí)施機(jī)床的誤差敏感度分析，以重構(gòu)的方式將機(jī)床的理論誤差模型簡(jiǎn)化為擁有兩個(gè)子模型的工程誤差模型，合理地將中間部件的位姿誤差、運(yùn)動(dòng)誤差參量與復(fù)雜的滾齒空間嚙合關(guān)系分開(kāi)，大大提高了模型的可操作性和使用的靈活性，同時(shí)使分析結(jié)果更具針對(duì)性。文中詳細(xì)介紹了兩個(gè)子模型的建立和使用方法，示例展示了其可行性和使用效果。
　　(4)在分析綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

6、狀況的基礎(chǔ)上，以機(jī)床抗顫振結(jié)構(gòu)優(yōu)化為目的，對(duì)再生型切削顫振模型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。根據(jù)研究結(jié)果，將機(jī)床加工系統(tǒng)簡(jiǎn)化為只具有兩個(gè)彈性體的單自由度再生顫振模型，該模型能提高機(jī)床抗顫振結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效率?；诖四Ｐ停粋€(gè)“只對(duì)機(jī)床薄弱部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化”的新構(gòu)思被提出，并討論了優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)、數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法。試驗(yàn)研究結(jié)果展示了切削顫振產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程和特征，同時(shí)驗(yàn)證了本文理論分析的正確性。以YK3610滾齒機(jī)樣機(jī)的滾刀主軸系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)抗顫振結(jié)構(gòu)優(yōu)